PŘEDMLUVA. Vážené dámy a pánové,

Transkript

1 PŘEDMLUVA Vážené dámy a pánové, opět se mi dostalo cti, obrátit se na Vás v úvodníku sborníku symposia SANACE Letošní symposium je již v pořadí třinácté. Čas letí velmi rychle, ani bychom si to asi jinak ani neuvědomili. Opět jsme o něco dále, než před rokem. Sdružení pro sanace betonových konstrukcí vstoupilo loni na podzim již do jedenáctého roku svého vývoje. SSBK oslavilo v minulém roce, v listopadu deset let své existence. Hlavní motto SSBK, které bylo vysloveno při zakládání, bylo vytvoření bezkonfliktní platformy, která má šířit osvětu v oblasti sanací betonových konstrukcí. Jedná se jednak o výměnu zkušeností mezi prováděcími firmami ale i investory. Dále pak jde o zajištění legislativního rozvoje oboru. Mimo jiné sem je možno zařadit i účast na tvorbě norem a směrnic, které by měly sanace betonových konstrukcí provázet. V tomto směru právě na letošním symposiu máme možnost pokřtít nové a dlouho očekávané Technické podmínky pro provádění sanací betonových konstrukcí SSBK, jejichž hlavními autory jsou pánové prof. Ing. Rostislav Drochytka,CSc. a doc. Ing. Jiří Dohnálek,CSc. Všichni vnímáme, že bouřlivý rozvoj betonového stavebnictví pronásleduje ruku v ruce i nutnost o betonové stavby se starat. Stav mnoha betonových konstrukcí, se kterými se setkáváme všude kolem nás, a který mj. vyplývá z obecného technického povědomí, jakoby naznačoval, že uvažujeme o betonu jako o věčném materiálu. Ostatně domněnka, že betonové prvky jsou věčné, je obecně rozšířena. Majitelé a provozovatelé betonových konstrukcí se k nim často tak chovají. Obecně vzato nejedná se pouze o ty, kteří nejsou schopni odhadnout všechny negativní vlivy, které působí na beton jako materiál. Často se jedná i o velmi fundované instituce (včetně státních), které oplývají velkým počtem nejen betonových konstrukcí ale i odborníků, kteří rozumí teorii i praxi betonu. Mnozí uživatelé betonových konstrukcí se často hájí argumenty sanace betonu jsou velmi nákladné, chybí na ně finanční prostředky v rozpočtu, pročež nejsou nutné. To je ovšem velmi bláhové. Všichni to víme. Je to typické strkání hlavy do písku. Navíc ten nejlevnější způsob sanace, totiž permanentně prováděná a důsledná prevence poruch a impregnace povrchů konstrukcí se často provádí laxně, nebo se neprovádí vůbec. Argumentem jsou patrně také chybějící finanční prostředky. Ovšem je nutno si uvědomit fakt, že i u betonových objektů funguje příměr, který často a rád používám, totiž o poškozené střešní tašce, která když se včas nevymění, dochází postupně ke zkáze celého objektu. Platnost tohoto příměru si můžeme přiblížit, když si prohlédneme některé totálně zdevastované železobetonové objekty, často historické ceny, kde by minimální údržba nebo včas provedená sanace, tedy ona výměna střešní tašky postačila k jejich záchraně. Právě Účinná prevence poruch jako nejefektivnější sanace betonové konstrukce, je ústředním tématem pro nadcházející, v pořadí již třinácté symposium SANACE

2 Existence SSBK je jasným důkazem toho, že problematika sanací betonových konstrukcí je chápána mnoha firmami a organizacemi velmi vážně. Vzhledem k sanačnímu potenciálu, který náš stát nabízí je tento zájem logický. Uvědomme si, kolik je nutno u nás konkrétně sanovat betonových mostů, kolik průmyslových objektů. Kolik konstrukcí je nutno zesílit, aby mohly plnit požadavky, které na ně jistě budou kladeny. Kolik vodních děl potřebuje radikální sanační zásah, kolik konstrukcí v energetice. V poslední době navíc začínáme odkrývat nový fenomén stavebnictví, což je revitalizace panelových domů. V poslední době často slýcháme od mnoha našich vedoucích představitelů teze o nepolitické politice. Samotný tento termín považuji za protimluv. Na druhou stranu ale se domnívám, že my odborníci, bychom se měli výrazněji plést do jakési odborné odrůdy politiky, která by měla vyústit až do prosazování těch zájmů a procesů, které jsou nám vlastní. Totiž jde především o bezemoční a technickými naukami vyargumentované uvažování a jednání o budování konkrétních objektů technické vybavenosti státu ať už se jedná o privátní, nebo veřejný sektor. Samozřejmě jde především o prosazování racionálních myšlenek, přičemž hlavními pojmy přitom by měly být pojmy jako jsou: efektivita, rendita, užitnost, racionálnost. To jsou pojmy, kterým my technici velmi dobře rozumíme. Takže když se vrátím k úvaze o nepolitické politice, proč tedy neuvažovat o racionální investiční politice a když se budu orientovat především na náplň činnosti SSBK, proč nehovořit i o sanační politice. To je téma, kterému docela dobře rozumíme, často na rozdíl od těch, kteří jsou za stav našich hmotných betonových statků odpovědni. Trošku jsem se asi zapovídal, nechci svými úvahami zneužít pozornosti Vás, účastníků symposia SANACE Na druhou stranu se domnívám, že vzhledem k našemu odbornému potenciálu, bychom skutečně měli více usilovat o prosazení našich názorů do běžné každodenní praxe. Závěrem mi jako prezidentovi SSBK dovolte vyslovit názor. Totiž, že sanace betonových konstrukcí jsou jedním z oborů budoucností našeho stavebnictví. A v tomto kontextu jsou všichni velmi upřímně a srdečně zváni ke spolupráci na společném úkolu. Tento úkol zní: Posilme svou invencí oblast nejen betonového stavitelství, ale také sanací betonových konstrukcí, zapojme se tak do úsilí, které tomuto oboru věnuje právě SSBK. Postarejme se společně o to, aby stále sílila, naše odborná a profesní prestiž. Ing. Zdeněk Jeřábek,CSc. prezident Sdružení pro sanace betonových konstrukcí, prokurista Infram, a. s. 2

3

4

5 STAVEBNÍ PRŮZKUM, DIAGNOSTIKA A PROJEKTOVÁNÍ SITE INVESTIGATION, DIAGNOSTICS, DESIGNING Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc.

6 POSOUZENÍ STÍNÍCÍCH VLASTNOSTÍ STÁVAJÍCÍCH BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ PROTI ÚČINKŮM IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ ASSESSMENT OF SHIELDING PROPERTIES OF EXISTING CONCRETE STRUCTURES AGAINST EFFECTS OF IONISING RADIATION Doc. Ing. Leonard Hobst,CSc. (1) Ing. Ondřej Anton (2) Ing. Lubomír Vítek (3) ÚSTAV STAVEBNÍHO ZKUŠEBNICTVÍ, Středisko radiační defektoskopie, FAST VUT v Brně, Veveří 95, Brno (1) Tel.: (++420) , Fax: (++420) , hobst.l@fce.vutbr.cz (2) Tel.: (++420) , Fax: (++420) , anton.o@fce.vutbr.cz (3) Tel.: (++420) , Fax: (++420) , vitek.l@fce.vutbr.cz Anotace: Nová aplikace radiometrického měření na stanovení stínících vlastností konstrukcí zdrojů záření o velkých energiích a aktivitách. Metoda byla odzkoušena při stanovení stínících vlastností horké komory na úložišti radioaktivního odpadu RICHARD. Abstract: New application of radiometric measurement to the assessment of shielding properties of structures of radiation sources of high energy and activity. The method was tested in assessing the shielding properties of a hot cell of the RICHARD radioactive waste depository. 1. ÚVOD Využívání ionizujícího záření v průmyslu a energetice nabývá od 2. pol. 20. století v průmyslově vyspělých státech stále širší uplatnění. Zejména jaderné elektrárny mají a budou mít i v budoucnu rozhodující podíl na výrobě elektrické energie státu. A v neposlední řadě na využívání záření o vysoké energii je založena také terapie onkologických onemocnění, jejichž výskyt dosahuje, bohužel, v populaci průmyslově vyspělých států stále hrozivějších čísel. Využívání zdrojů ionizujícího záření je podmíněno dodržováním přísných bezpečnostních opatření na zamezení úniku ionizujícího záření, které by nejen ohrožovalo zdraví obsluhujícího personálu, ale které by také znehodnocovalo životní prostředí. Zastrašující povědomí o zdravotně škodlivých účincích ionizujícího záření lidstvo získalo v konečné fázi 2. světové války po svržení jaderných bomb na japonská města Hirošimu a Nagasaki a postupně bylo prohlubováno také několika haváriemi, 6

7 zejména havárii jaderné elektrárny v Černobylu. Na tlumení obav některých skupin lidské populace ze vzrůstajícího stupně využívání různých zdrojů ionizujícího záření jsou zaváděny stále přísnější předpisy a zvýšená pozornost je věnována výzkumu a zavádění bezpečných konstrukcí na odstínění zdrojů záření od vnějšího prostředí. Největšími zdroji ionizujícího záření jsou reaktory jaderných elektráren, ale patří k nim také lineární urychlovače. Tyto zdroje vyžadují pro bezpečné odstínění vysokoenergetického záření speciální stínící konstrukce, nejčastěji z obyčejného nebo těžkého betonu ovšem o tloušťce přesahující řádově metry. Speciální stínící konstrukce však vyžadují také zdroje záření s nižší energii, jako jsou gamazářiče, užívané jak v defektoskopii, tak v lékařské terapii, dále ozařovače používané pro sterilizaci potravin a zdravotnických výrobků a speciální laboratoře pro manipulaci s radioaktivními látkami, zvané horké komory. Technický vývoj směřuje k tomu, že jsou uplatňovány zdroje se stále vyššími energiemi a vyššími dávkovými příkony záření, které postupně nahrazují stávající morálně zastaralé lineární urychlovače. Tyto nové zdroje záření je nutno umisťovat do stávajících stínících konstrukcí, které však musí být rekonstruovány, aby vyhověly novým, zpravidla vyšším parametrům ozařovače a nově platným bezpečnostním předpisům. Hlavním parametrem, který je třeba ověřit před rekonstrukcí stávajících stínících konstrukcí, je posouzení jejich stínících vlastností, aby vyhovovaly pro zachycení záření emitovaného novým ozařovačem. Stínící vlastnosti se dají v optimálním případě stanovit přímým měřením dávkového příkonu na povrchu stínící konstrukce při zapnutém ozařovači nebo vysunutém gamazářiči (obr. 1). Pro orientační měření lze uskutečnit odběr vzorků materiálu stínění (jádrovými vývrty) a jeho rozborem t.zn. stanovením objemové hmotnosti a složení materiálu stínění. Z takto získaných údajů lze sice stanovit stínící vlastnosti konstrukce, ovšem pouze v místě odebraného vzorku nejsou zaručeny stínící vlastnosti po celé tloušťce stínění. V případě, že k přímému proměření stínící konstrukce nelze využít stávajícího zdroje záření (byl demontován anebo jinak vyřazen z provozu), byla na Středisku radiační defektoskopie ÚSZ FAST VUT v Brně vyvinuta a odzkoušena náhradní radiometrická metoda kontroly, která pro ověření stínících vlastností konstrukce aplikuje výsledky měření zeslabení dávkového příkonu zářiče Co60, používaného v defektoskopii, který se umisťuje do otvorů vyvrtaných ve stěnách ověřované stínící konstrukce. 2. ZESLABENÍ ZÁŘENÍ PŘI PRŮCHODU STÍNÍCÍ KONSTRUKCÍ Při průchodu záření gama stínícím materiálem dochází ke třem základním jevům, které způsobují jeho zeslabení a rozptyl. Je to fotoefekt, Comptonův rozptyl a tvoření dvojic. Obecně platí, že se vzrůstající objemovou hmotností materiálu ρ a klesající energií záření E, rostou stínící vlastnosti materiálu. Záření gama kobaltu Co60, které je pro radiometrické měření nejčastěji používáno, má střední energii záření E = 1,25 MeV. Při posuzování stínících vlastností konstrukcí je hodnocen jako hlavní i parametr násobnost zeslabení K, který vyjadřuje poměr kolikrát stíněná konstrukce zeslabuje dávkový příkon záření oproti nestíněné. 7

8 . D 0 K =. (1) D kde. K - násobnost zeslabení [1] D. 0 - dávkový příkon nezeslabeného svazku záření [mgy/h] D - dávkový příkon zeslabeného širokého svazku záření [mgy/h] Protože hodnota násobnosti zeslabení přesahuje mnohdy několik řádů, je výhodné při výpočtech a posuzování stínících konstrukcí zavést pojem logaritmická úroveň násobnosti zeslabení N, která je dekadickým logaritmem násobnosti zeslabení K. N = log K Např. K = je možno vyjádřit jako N = 6. Logaritmická úroveň násobnosti zeslabení N současně udává, kolik desetinných tlouštěk stínícího materiálu d 1/10 konstrukce obsahuje. Desetinná tloušťka materiálu d 1/10 je přitom taková tloušťka materiálu, která zeslabí dávkový příkon záření na 1/10 původní hodnoty.. Dávkový příkon nezeslabeného svazku záření D 0, který vychází ze zářiče lze vypočítat z aktivity A a druhu zářiče o energii E ve stanovené vzdálenosti l od jeho středu dle rovnice:. A. Γ Co D 0 = l 2. kde D 0 - dávkový příkon nezeslabeného širokého svazku záření [mgy/h] A - aktivita zářiče [GBq] Γ Co - konstanta gama pro kobalt [Γ Co = 0,347 mgy.m 2.h -1.GBq -1 ] l - vzdálenost zářič - detektor [m]. Dávkový příkon zeslabeného širokého svazku záření D, který prošel stínící konstrukcí, lze početně zjistit z exponenciální rovnice zeslabení záření: (2).. D = B. D. 0 e - μm..ρ. d (3). kde D 0 - dávkový příkon zeslabeného širokého svazku záření [mgy/h] B. - vzrůstový faktor [1] (hodnota B je tabelována) D 0 - dávkový příkon nezeslabeného svazku záření [mgy/h] e - základ přirozených logaritmů μ m - hmotnostní součinitel zeslabení [m 2 /kg] (je závislý na energii E) ρ - objemová hmotnost stínícího materiálu [kg/m 3 ] d - tloušťka stínícího materiálu [m] 8

9 Záření je v materiálu obecně zeslabováno exponenciálně. Pro široký svazek záření (a ten je v naprosté většině případů) se však musí počítat s rozptylem a absorpcí záření, které jsou jiné v bezprostřední blízkosti zdroje záření a ve větší vzdálenosti od zdroje záření. Tuto rozdílnost pole záření zohledňuje vzrůstový faktor B, který závisí na energii záření E, objemové hmotnosti ρ a celkové tloušťce stínění d. Úpravou rovnice zeslabení (3) je možné vypočítat některé údaje (např. d, nebo ρ) o stínící konstrukci, pokud. jsou zbývající parametry změřeny ( Ḋ ), odečteny z tabulek (μ m, B), nebo vypočteny ( D 0 ). Při radiometrickém měření je dávkový příkon zeslabeného svazku záření určován přímým měřením monitorem dávkového příkonu záření gama (Obr. 2) a tato hodnota je přijímána pro další výpočet. 3. METODA RADIOMETRICKÉHO MĚŘENÍ STÍNĚNÍ Z VÝVRTU Při této metodě měření vlastností stínění je zářič umístěn do vývrtu, zasahujícím přibližně do poloviny tloušťky stínící stěny (Obr. 3).. Monitorem. dávkového příkonu se pak zjišťuje dávkový příkon zeslabeného záření D A a D B na obou lících kontrolované stěny. Velkou výhodou této metody je to, že aktivita zářiče může být cca 1000 x nižší než při přímém radiometrickém měření napříč celé tloušťky stěny, což umožňuje, že jako zdroje záření se může využít zářičů běžně užívaných v defektoskopii (nejčastěji Co60). Při vyhodnocování radiometrického měření z vývrtu však nelze vycházet z předpokladu, že jednotlivé, za sebou následující desetinné tloušťky stínění d 1/10, mají stejnou hodnotu (tloušťku). Většina mezinárodních předpisů (např. ICRU) sice vychází z předpokladu, že jednotlivé desetinné tloušťky d 1/10 pro dané energie záření mají vždy stejnou hodnotu, ale to je zjednodušující předpoklad. Experimentální měření a výpočtové modely, vycházející z měnící se hodnoty vzrůstového faktoru B, prokazují, že účinnost stínění roste s jeho zvyšující se tloušťkou d. Hodnota prvé desetinné tloušťky směrem od zářiče je proto o cca 50% vyšší nežli následující desetinné tloušťky stínění (obr. 4). Až průměrná hodnota ze šesti po sobě následujících desetinných tloušťkách se rovná tabulkové hodnotě uváděné v mezinárodních předpisech. Při výpočtech stínění velkých tlouštěk (nad 1,5 m) je tabulková hodnota desetinné tloušťky d 1/10 dostatečně přesná, ale u malých tlouštěk stínění (kolem 0,5 m), se kterými počítáme při radiometrickém měření z vývrtu, by při stanovení vlastnosti stínění docházelo k poměrně velkým nepřesnostem (stínící vlastnosti stěny by byly podhodnoceny). Na výpočtových modelech a také experimentálně byl proto hledán a odvozen vztah, který bere v úvahu skutečnost, že při radiometrickém měření z vývrtu záření prochází 2 x přes první desetinnou tloušťku, která má jak již bylo zmíněno o cca 50% vyšší hodnotu, než při skutečném průchodu záření celou stěnou, kdy tato první desetinná tloušťka se vyskytuje pouze jednou. Měření prokázala, že tento vztah je závislý především na tloušťce stínění d zatím co objemová hmotnost stínícího materiálu má jen podřadný vliv. To umožnilo odvodit vztah pro výpočet korekčního součinitele q na: q = 5,5 * d (4) 9

10 kde q korekční součinitel [-] 5,5 experimentálně stanovená hodnota [m -1 ] d celková tloušťka stínění [m] Dávkový příkon nezeslabeného svazku záření, ze zářiče umístěného ve vývrtu, se stanovuje výpočtem (rovnice 2) pro oba líce kontrolované konstrukce (pokud je zářič přesně uprostřed stěny, stačí jen jeden výpočet). Po změření dávkového příkonu zeslabeného záření a na lících stěn se vypočtou násobnosti zeslabení K A a K B dle rovnice (1). Celková násobnost zeslabení stínící stěny K T se pak získá vynásobením obou vypočtených hodnot a korekčního součinitele q: Po dosazení vztahu (4) dostáváme: K T = K A * K B * q (5) K T = K A * K B * 5,5 * d (6) Celková násobnost zeslabení K T tedy udává kolikrát je dávkový příkon záření Co60 zeslaben za předpokladu jeho průchodu ze zdroje celou stínící stěnou. Pokud mají být stínící konstrukce posuzovány pro jiné energie záření, lze na základě celkové tloušťky kontrolovaného stínění d, zjištěné násobnosti zeslabení K T a z tabulek (pro E=1,25 MeV) odečteného hmotnostního součinitele zeslabení μ m a vzrůstového faktoru B, stanovit teoretickou hodnotu objemové hmotnosti ρ t stínění a to úpravou rovnice (1) a (3) na tvar: Z teoretické hodnoty objemové hmotnosti ρ t lze pak vycházet při stanovení násobnosti zeslabení K X stínících konstrukcí pro jiné energie záření dle rovnice: (7) Do rovnice (8) jsou hodnoty hmotnostního součinitele zeslabení μ m a vzrůstového faktoru B dosazeny z tabulek, odečtem hodnot pro uvažovanou energií záření E, tloušťku stínění d a objemovou hmotnost ρ t. 4. PRAKTICKÉ OVĚŘENÍ RADIOMETRICKÉHO MĚŘENÍ Z VÝVRTU NA STÍNÍCÍ KONSTRUKCI HORKÉ KOMORY V ÚLOŽIŠTI RICHARD V souvislosti s připravovanou rekonstrukcí horké komory na úložišti RICHARD, která se uskutečňuje v rámci projektu Phare, bylo nezbytné stanovit stávající stínící vlastnosti stěn horké komory pro záření gama kobaltu Co 60. Doklady o stínících vlastnostech konstrukce horké komory předloženy nebyly, a proto bylo nutno tyto údaje stanovit radiometrickým měřením z vývrtu. Pro kontrolu byly z konstrukce odebrány a prozkoumány jádrové vývrty. (8) 10

11 a) Popis horké komory Horká komora při úložišti radioaktivního odpadu RICHARD je umístěna v provozní budově (obr. 5). Vnitřní půdorysné rozměry komory jsou 1,45 x 3,0 m, výška komory je 5 m (obr. 6). Tloušťka stínící stěny mezi komorou a manipulovnou je 1,27 m (včetně omítek). Manipulátory, které jsou v komoře používány jsou typu M22 (výrobek bývalého Sovětského svazu). Horká komora je vybavena jeřábem pro manipulaci s přepravními kontejnery o nosnosti 500 kg. Uzavírání horké komory (obr. 7) je řešeno odstupňovaným blokem betonu (zátkou), umístěným na dálkově ovládaném podvozku, který pojíždí po kolejích fixovaných v podlaze. Blok betonu je spojen spřáhlem s vozem pro dopravu kontejnerů. Celková hmotnost bloku je kg. Průzor do horké komory má rozměry 800 mm (š) x 600 mm (v) a jeho celková tloušťka činí 950 mm. Průzor je zhotoven ze speciálních olovnatých skel (ρ Pb = 4760 kg/m 3 ), která mají zajistit ochranu obsluhy v manipulovně před účinky ionizujícího záření. b) Postup radiometrické kontroly Do stínící stěny směrem z manipulovny byly vyvrtány celkem na 4 místech otvory o 24 mm (místa 1 až 4) (obr. 6), které sahaly do středu tloušťky stěny, tj. do hloubky 635 mm. Do těchto otvorů byl postupně umísťován testovací zářič Co 60 o aktivitě 0,29 TBq (k ), přepravovaný v defektoskopickém krytu TECH/OPS. Na líci stěny jak v manipulovně (směr A), tak v prostoru horké komory (směr B) byly zjišťovány dávkové příkony záření gama (Obr. 10). Na každém měřeném místě bylo zjištěno 5 údajů, ze kterých se vypočítal aritmetický průměr. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v tabulce výsledků měření (Tab. 1). Tab. 1: Výsledky radiometrického měření dávkového příkonu Ḋ z vývrtu Místo měření Směr A(do manipulovny) [μgy/h] Směr B (do horké komory) [μgy/h] 1 199,66 169, ,14 305, ,38 287, ,58 239,85 Poznámka: Před zahájením radiometrického měření byla v prostorách horké komory stanovena hodnota přírodního radiačního pozadí. Vzhledem k tomu, že pozadí dosahovalo velmi nízké hodnoty Ḋ = 96 ngy/h, nebyla jím opravována hodnota p výsledků radiometrických měření. c) Vyhodnocení radiometrického měření Pro vyhodnocení vlastností. stínění je nutno vypočítat také dávkový příkon nestíněného zdroje záření D 0 pro testovací zářič Co60 o aktivitě A = 0,29 TBq, pro vzdálenost zářič detektor l = 0,635 m. 11

12 Po dosazení do rovnice (2) vychází:. D 0 = A. Γ Co l 2 = 249,563 mgy/h = μgy/h.. Tato. vypočtená hodnota D 0 byla porovnána s naměřenými dávkovými příkony D A a D B na obou lících stěny, což dává dílčí násobnost zeslabení K A a K B. Výsledná násobnost zeslabení K T, zjištěná pro jednotlivá měřená místa na stěně mezi horkou komorou a manipulovnou dle rovnice (6) byla přehledně sestavena do Tab. 2. Tabulka zahrnuje i celkovou logaritmickou úroveň násobnosti zeslabení N T a odvozený výpočet objemové hmotnosti ρ t dle rov. (7). Obr. 1: Uspořádání přímého radiometrického měření Obr. 2: Monitor dávkového příkonu a dávky NB 3201 Obr. 3: Uspořádání radiometrického měření z vývrtu Obr. 4: Hodnoty desetinných tlouštěk d1/10 při průchodu záření gama kobaltu Co60 (E=1,25 MeV) vrstvou betonu ρ = 2350 kg/m3 12

13 Tab. 2: Vyhodnocení radiometrického měření z vývrtu Měř. místo 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B Ḋ (Tab.1) 199,6 169,74 197,14 305,64 317,38 287,21 243,58 239,85 K A, K B (1) 1250,0 1470, ,92 816,53 786,32 868, , ,58 K A, * K B q = 5,5*d 5,5 * 1,27 = 6,985 K T (dle 6) N T =log K T 7,11 6,86 6,68 6,87 Výpočet objemové hmotnosti ρ T dle (7) μ m * d 0, * 1,27 = 0, B 51,42 49,35 47,86 49,46 ρ T 2 707, , , ,72 ø K T = ø N T = 6,88 ø ρ T = 2632,13 kg/m 3 13

14 Radiometrické měření prokázalo, že stínící stěny horké komory zeslabují záření od kobaltu Co60 více než osmmilionkrát. Teoretická hodnota objemové hmotnosti dle rovnice (7) vychází ø ρ = 2632,13 kg/m 3. Tato hodnota odpovídá objemové hmotnosti barytového betonu. d) Ověření radiometrického měření z vývrtu Pro ověření radiometrického měření byly na třech místech stínící konstrukce mezi horkou komorou a manipulovnou odebrány jádrové vývrty (Obr. 9). Rozměry, hmotnost a objemová hmotnost vzorků jsou uvedeny v Tab. 3. Tab. 3: Objemová hmotnost jádrových vývrtů, odebraných ze stínící stěny Označení Průměr d [mm] Délka l [m] Objem V [m 3 ] Hmotnost m [kg] ρ [kg/m 3 ] B - 1 0, , , , ,2 B - 2 0, , , , ,6 B - 3 0, , , , ,1 ø ρ = 2679 kg/m 3 Objemová hmotnost jádrových vývrtů odpovídá se značnou přesností objemové hmotnosti zjištěné radiometrickým měřením a odpovídá objemové hmotnosti barytového betonu. 4. ZÁVĚR Radiometrická metoda kontroly vlastností stínění z vývrtu je výhodná nejenom proto, že umožňuje objektivně a s velkou přesností stanovit celkovou násobnost zeslabení stínící stěny KT v případech, kdy nelze (z různých důvodů) prozářit stěnu jedním zářičem přes celou její tloušťku, ale zejména proto, že při jejím použití je potřebná aktivita zářiče cca 1000 krát menší nežli aktivita zářiče pro přímé prozáření konstrukce. Při ověřování radiometrické metody bylo nutno výpočtem a experimentálně odvodit korekční součinitel q, který zohledňuje skutečnost, že absorpce a rozptyl záření v bezprostředním okolí zdroje záření je jiný nežli ve větší vzdálenosti od zdroje záření. Vypracování podkladů pro upřesnění metodiky výpočtu korekčního součinitele q je předmětem probíhajících výzkumných prací. Radiometrická metoda kontroly stínění z vývrtu byla ověřena při posouzení stínících vlastností horké komory na úložišti RICHARD. Bylo prokázáno, že stínící stěna mezi horkou komorou a manipulovnou je schopna zeslabit záření gama od kobaltu Co 60 více než osmmilionkrát. S touto hodnotou je možné počítat při posouzení funkce stínících stěn z hlediska stanovení podmínek, za jaké maximální aktivity zářiče lze v horké komoře pracovat, resp. jak dlouho mohou být pracovníci v manipulovně, aby nepřekročili pro danou aktivitu zářiče povolenou směrnou roční dávku záření. Objemové hmotnosti odebraných vzorků betonu ze stínící stěny prokázaly, že navržené výpočtové postupy a odvozený korekční součinitel q poskytují dobře použitelný systém určování funkční účinnosti stínících stěn. Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru MSM Fakulty stavební VUT v Brně. 14

15 Obr. 5: Pohled na provozní budovu s horkou komorou Obr. 6: Schéma rozmístění kontrolovaných míst v horké komoře a manipulovně Obr. 7: Uzávěr horké komory (zátka) Obr. 8: Radiometrické měření z vývrtu měření dávkového příkonu záření Co 60 na stěně manipulovny Obr. 9: Jádrové vývrty ø100 mm B-1, B-2, B-3 15

16 VYUŽITÍ METODY AKUSTICKÉ EMISE K HODNOCENÍ STAVU MOSTNÍCH NOSNÍKŮ BRIDGE GIRDERS CONDITION EVALUATION BY ACOUSTIC EMISSION METHOD USE Ing. Karel Pospíšil, Ph.D. (1) Ing. Marta Kořenská, CSc. (2) doc. Ing. Luboš Pazdera, CSc. (3) Ing. Josef Stryk (4) (1) Centrum dopravního výzkumu, sekce dopravní infrastruktury, Líšeňská 33a, Brno Tel.: , fax: , pospisil@cdv.cz (2) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav Fyziky, Žižkova 17, Brno, Tel.: , fax: , korenska.m@fce.vutbr.cz (3) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav Fyziky, Žižkova 17, Brno, Tel.: , fax: , pazdera.l@fce.vutbr.cz (4) Centrum dopravního výzkumu, sekce dopravní infrastruktury, Líšeňská 33a, Brno Tel.: , fax: , stryk@cdv.cz Anotace: Stav železobetonových objektů ovlivňuje řada různých faktorů. Mezi nejzávažnější negativní faktory patří koroze výztuže. Pracovníci Centra dopravního výzkumu a Ústavu fyziky Fakulty stavební VUT Brno se v současné době zaměřili na vývoj diagnostické metody, založené na principu akustické emise, která by měla sloužit pro monitorování strukturních poruch železobetonových a předpjatých konstrukcí, zejména mostů, vyvolaných korozí výztuže. V příspěvku je popsáno měření, provedené při příležitosti rekonstrukce mostu Brandýsek na rychlostní komunikaci R7 vedoucí z Prahy směrem na Slaný. Abstract: A condition of ferroconcrete structures is affected by a lot of different factors. One of the most negative factors is reinforcement corrosion. Transport Research Centre and Physical Department of Faculty of Civil Engineering at Brno University of Technology are dealing with development of a diagnostic method based on acoustic emission principle at present time. This method should be used for structural defects monitoring of ferroconcrete and prestressed structures especially bridges, where defects were evoked by reinforcement corrosion. In this paper there is described measurement realized on the occasion of the Brandysek bridge reconstruction. The bridge is located at R7 expressway between Prague and Slany. 16

17 1. ÚVOD Při příležitosti rekonstrukce mostu Brandýsek, bylo celkem 18 mostních nosníků I73 podrobeno měření metodou akustické emise (AE). Na podhledu jednotlivých nosníků, konkrétně uprostřed jejich rozpětí, byly snímány signály AE, jež byly vyvolány pojezdem plně naloženého nákladního vozu Tatra přes dřevěný práh. Práh byl umístěn na vozovce nad místem měření. Následně, při postupné demolici nosníků, byl hodnocen stav jednotlivých lan předpínací výztuže a konstrukční výztuže. Cílem bylo ověřit, zda lze metodu AE využít pro zjištění stavu ocelové výztuže nosníků tohoto typu. Obr. 1: Měřicí sestava 2. PŘÍSTROJOVÉ VYBAVENÍ Měření bylo provedeno pomocí speciálně sestavené dvoukanálové měřící aparatury. Ta se sestává z výkonného počítače, který je osazen měřící kartou NI 5112, která umožňuje vzorkovat sejmutý signál frekvencí až 100 MHz. Pomocí koaxiálních kabelů jsou propojeny další části aparatury (zesilovače, předzesilovače a širokopásmové piezoelektrické snímače s frekvenčním rozsahem do 1 MHz). Měřicí aparatura je zobrazena z obr PRŮBĚH MĚŘENÍ V době měření byla přístupná dvě krajní pole mostu, z celkového počtu tří. Příčný řez mostem zobrazuje obr. 2. Obr. 2: Příčný řez mostem Měření metodou akustické emise bylo podrobeno celkem 18 mostních nosníků I 73. Na podhledu jednotlivých nosníků byly v polovině jejich rozpětí připojeny snímače pro záznam signálů AE. Ty byly vyvolány pojezdem plně naloženého nákladního vozu Tatra přes 15 cm vysoký dřevěný práh. Práh byl umístěn na vozovce přímo nad místem měření. Připojování snímačů bylo realizováno z vysokozdvižné plošiny a napájení měřicí aparatury bylo zajištěno elektrocentrálou. Využití plošiny dokumentuje obr. 3, vyvolání akustické emise pojezdem nákladního automobilu přes dřevěný práh ukazuje obr

18 Před každým měřením byl nejdříve vhodně umístěn dřevěný práh, a to tak, aby kolo nákladního automobilu dopadalo co nejblíže místu, kde byly na spodní straně nosníku umístěny snímače. Po celou dobu přejezdu nákladního automobilu přes práh byl kontinuálně snímán signál AE, přibližně v délce 10 sekund. Zvolena byla vzorkovací frekvence 1 MHz. Každý nosník byl měřen opakovaně třikrát. Tímto způsobem proběhlo měření celkem 18 nosníků I73 ve dvou polích mostu. Obr. 3: Lepení snímačů Obr. 4: Přejezd přes práh 4. DEMOLICE NOSNÍKŮ Již před měřením bylo rozhodnuto, že stávající spřažené betonové nosníky typu I 73 budou odstraněny a nahrazeny nosníky ocelovými. Demolice nosníků byla prováděna přímo na místě stavby, pomocí pneumatického kladiva a hydraulických nůžek. Použitím tohoto zařízení byl beton rozbit na malé kousky, konstrukční i předpínací výztuž byla separována a odvezena do sběrny. Během tohoto procesu se naskytla jedinečná příležitost zjištění stavu výztuže. Byla provedena vizuální kontrola jednak v místě měření, dále po celé délce nosníku, včetně stavu kotev a ocelových trubek Obr. 5: Stupně koroze k1 a k4 18

19 Sandrik. Zkoumání bylo zaměřeno především na předpínací výztuž, jejíž lana byla tvořena 20 dráty průměru 4,5 mm. V žádném místě nedošlo k výraznému oslabení průřezu výztuže vlivem koroze. Stav korozního napadení byl pro účely hodnocení rozdělen do 4 stupňů. Do prvního stupně k1 byla zařazena výztuž téměř korozí nedotčená, do posledního čtvrtého stupně k4 byla zařazena výztuž nacházející se v blízkosti kotev, která vykazovala rovnoměrný povlak rzi do tloušťky 0,5 mm, s počátečním výskytem důlkové koroze, viz obr HODNOCENÍ NOSNÍKŮ Obr. 6: Časový průběh signálu - nosník 3 Pro vyhodnocení byl použit software pro zpracování signálů AE, který byl vytvořen na základě našich požadavků. K transformaci časového průběhu signálu na frekvenční spektrum byla použita FFT (Fast Fourier Transformation). Vyhodnocována byla data zaznamenaná pomocí jednoho kanálu, druhý kanál měl funkci kontrolní. Typický časový průběh sejmutého signálu je zobrazený na obr. 6, kde jsou šipkami označené události, vyvolané dopadem jednotlivých kol nákladního automobilu. Šipka 1 odpovídá přední nápravě, šipky 2 a 3 charakterizují 2 kola zadní nápravy. Obr. 7: Časový úsek charakterizující dopad třetího kola Obr. 8: Frekvenční spektrum charakterizující dopad třetího kola Pro analýzu signálů dalších nosníků byly vybrány časové úseky charakterizující dopad druhého a třetího kola, kdy bylo dosaženo nejvyšší hodnoty amplitudy signálu. Na obrázku č. 7 je zobrazen časový úsek během něhož dopadlo třetí kolo zadní nápravy nákladního automobilu na vozovku, na obr. 8 je uvedeno odpovídající frekvenční spektrum. Porovnáním jednotlivých frekvenčních spekter, jež byly sledovány v rozsahu 100 Hz až 500 khz nebyly zjištěny žádné významné rozdíly. V rámci provedených mě- 19

20 ření nebyla nalezena žádná frekvence, která by charakterizovala významné porušení konstrukce způsobené korozí výztuže. Tomu také odpovídá výsledek vizuální kontroly výztuže v měřených místech během demolice jednotlivých nosníků, při níž bylo zjištěno, že výztuž, jak předpínací tak i konstrukční byla ve vyhovujícím stavu z hlediska koroze. 6. ZÁVĚR Výše popsané měření proběhlo v září a říjnu 2002 jako první ze sady měření in situ. V roce 2003 budou podrobeny měření další mosty a to i z jiných typů nosníků, především typu KA. Měření bylo provedeno v rámci řešení projektu Ministerstva dopravy a spojů ČR 803/120/108 Stanovení metodiky monitorování výztuží železobetonových a předpjatých konstrukcí, projektu GAČR 103/03/0295 Monitorování a analýza koroze výztužní oceli v železobetonových konstrukcích metodou akustické emise a záměru CEZ J22/98: Teorie, spolehlivost a mechanismus porušování stavebních konstrukcí.. Stav řešení projektu 803/120/108 je možno nalézt na serveru CDV na adrese v sekci Řešené projekty. LITERATURA [1] Pospíšil K. - Koroze výztuže předpjatých a železobetonových mostů a její detekce, In: Inžinierske stavby, č.1, 2001, pp , ISSN: [2] Pospíšil, K. - Kořenská, M. - Pazdera, L. - Stryk, J. - Akustická emise jako nástroj pro nedestruktivní monitorování výztuže železobetonových a předpjatých mostů, In: Sborník ze 7. mezinárodního sympózia Mosty 2002, pp , IBF Brno, ISBN [3] Pospíšil, K. - Kořenská, M. - Pazdera, L. - Stryk, J. - Možnosti diagnostiky koroze výztuže mostních konstrukcí metodou akustické emise, In: Sborník z XII. mezinárodního sympózia Sanace 2002, pp , Sdružení pro sanace betonových konstrukcí, Brno, , ISSN [4] Kořenská, Ma. - Pazdera, L. - Pálková, M. - Kořenská, Mo. - Řitičková, L. - Pospíšil, K. - Diagnostic of Reinforcement Corrosion within Reinforced Concrete Speciments by Resonant Inspection, In: Sborník z 8th European conference on non-destructive testing 2002, Barcelona, abstrakt pp. 152, plný text příspěvku na CD, , ISBN [5] Pospíšil K., Chobola Z. et al.: Stanovení metodiky monitorování výztuží železobetonových a předpjatých konstrukcí - zpráva o řešení projektu za rok 2002, CDV, Brno, leden

21 METODIKA STANOVENÍ PEVNOSTI BETONU KONSTRUKCE S VYUŽITÍM NEDESTRUKTIVNÍCH METOD METHODOLOGY OF USING NON-DESTRUCTIVE METHODS OF ASSESSING CONCRETE STRENGTH IN A STRUCTURE Ing. Anna Nohelová (1) Ing. Jiří Habarta, CSc. (2) (1) Technický a zkušební ústav stavební Praha, pracoviště Brno, Hněvkovského 77, Brno, tel , fax (2) S-PROFESS, a.s., Pellicova 5d, Brno tel., fax: , tel Anotace: Popis správné metodiky stanovení pevnosti betonu v konstrukci s vazbou na platné technické normy, a to jak starší a dosud platné, tak i nové, harmonizované. Vztah postupů využívajících nedestruktivní zkušební metody a běžné destruktivní zkušební metody. Upozornění na postupy, které mohou vést k rizikovým anebo chybným závěrům. Abstract: Description of a correct method of assessing concrete strength in compliance with valid standards, both older ones still valid, and new ones - harmonised. Relations of procedures using non-destructive and current destructive methods of testing. Attention is drawn to procedures that may result in risky or faulty conclusions. Požadavek na stanovení pevnosti betonu konstrukce (pevnosti betonu v tlaku) může být vysloven v několika případech: a) Prokázání, že nová stavba byla provedena v projektem požadované kvalitě b) Ověření kvality betonu starší konstrukce, kdy je v dokumentaci stavby kvalita betonu uvedena c) Stanovení kvality betonu starší konstrukce v situaci, kdy není k dispozici dokumentace uvádějící kvalitu betonu d) Prokázání skutečné kvality betonu nové stavby, u níž vznikla pochybnost o kvalitě betonu V případě uvedeném pod písmenem a) je ve většině případů možné hodnotit stavbu podle výsledků kontrolních výrobních zkoušek zkušebních těles vyrobených stavbou, které konstrukci reprezentují. Spoléhat se na Atest z betonárny je do jisté míry riskantní, protože se nezachytí ani omyly v dodávce betonu, ani nesprávné ošetřování anebo vlivy nepříznivých podmínek. Ve většině případů je ale nutné zkoušet přímo beton konstrukce. K tomu jsou použitelné dvě skupiny metod, označované jako destruktivní a nedestruktivní. Obě skupiny 21

22 metod jsou používány nejen odděleně, ale i v kombinaci. Způsoby stanovení pevnosti betonu v tlaku jsou podloženy platnými normovými předpisy umožňujícími na základě provedených zkoušek vyhodnocení pevnosti betonu konstrukce s různou přesností a spolehlivostí. Projeví se také četnost zkoušek a získané informace o sledované konstrukci. Vliv má často i nákladnost prováděných zkoušek. Dr. A. Pavlík, kterého můžeme označit za předního českého propagátora nedestruktivních metod, hodnotil účelnost zkoušení jako vztah dvou parametrů, a to četnosti informací získaných zkouškami a nákladů na tyto provedené zkoušky. Citujeme-li z jeho publikace, pak je tato účelnost podle způsobů vyšetřování konstrukce následující: Zkušební tělesa 0,20 Odebrané vzorky z konstrukce 0,05 Zatěžovací zkoušky 0,22 Nedestruktivní zkoušky 1,00 Autor publikace na stejném místě přiznává, že nedestruktivní zkoušky neumí stanovit všechny potřebné parametry konstrukce a že je tedy nutné přidat k nedestruktivním zkouškám doplňující zkoušky. Dnešní praxe ukazuje do jisté míry správnost tohoto názoru, protože podle dlouhodobých zkušeností je pro stanovení pevnosti betonu nejvýhodnější použití nedestruktivních metod s menším množstvím jiných souvisejících zkoušek. Se záměrem podání komplexní informace o této problematice uvádíme přehled platných českých technických norem problematiky se týkajících: ČSN Nedestruktivní zkoušení. Společná ustanovení ČSN Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu ČSN Tvrdoměrné zkoušení betonu ČSN Nedestruktivní zkoušení betonových konstrukcí ČSN Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách K uvedené základní skupině norem je dále nutno přidat v rámci harmonizace převzaté evropské normy, zejména: ČSN EN Zkoušení betonu v konstrukcích: Část 1. Vývrty. Odběr, vyšetření a zkoušení v tlaku Část 2. Nedestruktivní zkoušení stanovení tvrdosti odrazovým tvrdoměrem Část 3. Stanovení síly na vytržení Část 4. Stanovení rychlosti šíření ultrazvukového impulzu Ať již označíme zkoušky zkušebních těles zařazených do programu jako doplňkové anebo ať je případně označíme jinak, je nutné dodržovat normové předpisy platné v současnosti, to je: ČSN EN Zkoušení ztvrdlého betonu: Část 1. Tvar, rozměry a jiné požadavky na zkušební tělesa Část 2. Výroba a ošetřování zkušebních těles pro zkoušky pevnosti Část 3. Pevnost v tlaku zkušebních těles Část 4. Pevnost v tlaku Požadavky na zkušební lisy ČSN Stan. pevnosti betonu v tlaku je pro většinu vyhodnocení nepostradatelná. 22

23 Poznámka: Převzaté zahraniční normy jsou výrazně skoupější na informace. Obvykle uvádí zejména princip zkušební metody (často bez přesných postupů), označení výsledné veličiny a v jakých jednotkách a s jakou přesností se výsledky uvádí. V řadě případů je potom nutné použít informace z našich původních ČSN, ve kterých je ponechána řada článků platných. ČSN NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠENÍ KONSTRUKCÍ je norma, která nejvýstižněji uvádí stanovení počtu zkušebních míst, výběr vhodné nedestruktivní metody s ohledem na objem anebo plochu zkoušené konstrukce ve vztahu k požadovaným výsledkům zda se jedná o měření informativní anebo podrobné. Správné použití této normy vyžaduje znalost všech dostupných normových metod nedestruktivního zkoušení a doporučuje použití určité nedestruktivní metody ke stanovení pevnosti betonu konstrukce (při doplnění dalších upřesňujících zkoušek) s ohledem na tvarové a objemové parametry konstrukce. Uvádí způsob vyhodnocení pevnosti betonu konstrukce. Vzhledem k dostupnosti tvrdoměrných metod, zejména metody Schmidtových tvrdoměrů je možné podle uvedených postupů stanovit zaručenou pevnost, podle které se beton zařazuje do pevnostních tříd podle ČSN anebo ČSN EN Podle změny b ČSN je možné i posuzování a porovnávání s pevnostními třídami anebo značkami podle dřívějších označení. Pro vyhodnocení zaručené pevnosti je nutné vzít v úvahu závaznost zkoušek, vyhodnocení by mělo být prováděno vždy z upřesněných pevností ve smyslu ČSN Měly by tedy v programu zkoušení a vyhodnocení být zařazeny zkušební vzorky z konstrukce, ke kterým by měly být známy pevnosti stanovené nedestruktivně a pevnosti stanovené na těchto zkušebních vzorcích. Jen tak je možné odpovědné vyhodnocení zaručené pevnosti podle upřesněných pevností. Uvedená norma sice uvádí i možnost vyhodnocení pevnosti betonu konstrukce jen na základě nedestruktivně stanovených pevností s nezaručenou pevností (bez upřesnění na vzorcích), ale tento postup je značně riskantní. Zejména u starších konstrukcí je beton často korodovaný a mimo to je známo mnoho případů, kdy bylo použito například nevhodné kamenivo. Znamená to, že vztah tvrdost pevnost neodpovídá kalibračnímu vztahu a koeficient upřesnění může být pro takové konstrukce 0,5 až někdy i 0,3. Vyhodnocením pevnosti betonu bez upřesnění je určena pevnost betonu konstrukce dvakrát až třikrát vyšší, než je ve skutečnosti. Podstupovat toto riziko za cenu ušetření nákladů za několik vývrtů a jejich úpravy a zkoušení je zřejmě nevhodné. METODIKA STANOVENÍ PEVNOSTI BETONU KONSTRUKCE by tedy měla být následující: - Určení metody vhodné pro zkoušení konkrétní konstrukce s ohledem na její řešení, velikost, rozměry, tvar ( ultrazvuk, Schmidtův tvrdoměr a který typ, kombinace ) - Stanovení počtu zkušebních míst podle zadání, závaznosti měření, charakteristik konstrukce. (Minimální počet je v ČSN , reálný je nutno stanovit) 23

24 - Stanovení pevnosti betonu v tlaku na každém zkušebním místě příslušnou metodou - Odebrat vývrty pro zkušební vzorky z míst stanovených minimálních, průměrných a maximálních pevností a vyhodnotit koeficient upřesnění. - Přepočítat informativní pevnosti na upřesněné, vypočítat statistické charakteristiky, z nich určit zaručenou pevnost a podle ní přiřadit pevnostní třídu betonu. - Nikdy nehodnotit pevnost betonu starších konstrukcí bez upřesnění na zkušebních vzorcích z vývrtů odebraných z konstrukce - Zjistit hloubku karbonatace betonu před provedením tvrdoměrných zkoušek a zohlednit ji - Provádět přípravu zkušebních míst podle požadavků metod (dostatečné vybroušení). Některé konstrukce mají i desítky milimetrů silnou tvrdou cementovou omítku. Takový případ je nutno řešit individuálně,ale nikdy nezkoušet přes omítku. - Je-li v konstrukci použito více druhů betonu, je nutno hodnotit takové části konstrukce odděleně a samostatně. NORMY PRO PROVÁDĚNÍ TVRDOMĚRNÝCH ZKOUŠEK BETONU V současnosti platí jednak ČSN Tvrdoměrné zkoušení betonu a ČSN EN Nedestruktivní zkoušení Stanovení tvrdosti odrazovým tvrdoměrem. Původní ČSN je zpracována tak, aby podle ní bylo možné vyhodnotit pevnost betonu, ČSN EN s tímto výstupem nepočítá, i když ho okrajově a za určitých podmínek připouští. Tato skutečnost vedla k tomu, že ČSN dále platí, i když byl v rámci harmonizace a přebírání evropských norem dán návrh na její zrušení. Podařilo se ponechání platnosti normy. Je-li záměrem stanovení pevnosti betonu, měla by být i nadále používána ČSN Zaměření ČSN EN a tedy její možné užití uvádí její článek 1 Předmět normy. Uvedené normy (dále bez číselného označení) se liší zejména v těchto skutečnostech: ČSN je metodická norma pro stanovení pevnosti betonu čtyřmi různými tvrdoměrnými metodami, podle ČSN EN je možné stanovit tvrdost Schmidtovým tvrdoměrem pro relativní hodnocení oblastí konstrukce Liší se počet požadovaných odrazů na jednom zkušebním místě (ČSN 5, ČSN EN 9) Velikost zkušebních míst je podle ČSN rozdílná podle použitého tvrdoměru, ČSN EN požaduje plochu 300 x 300 mm. To je podle praktických zkušeností nadbytečné a někdy nerealizovatelné ČSN EN výslovně určuje, že není alternativní k metodě stanovení pevnosti betonu v tlaku na zkušebních tělesech, ČSN to při splnění určitých podmínek umožňuje. Zkoušky pevnosti betonu na zkušebních tělesech je možné z hlediska nedestruktivních zkoušek brát jako doplňkové. Při jejich provádění je ale také nutno zohlednit všechny související normy. Válcové vývrty z konstrukce je nutné upravit tak, aby 24

25 rozměrově odpovídaly požadavkům na zkušební vzorky. Pozornost je nutno věnovat zejména úpravě tlačných ploch, které by měly být zabroušeny, koncovány anebo jinak upraveny, aby vyhověly požadavku normy. Ke zkušebnímu tělesu je nutno znát nedestruktivně stanovenou pevnost z místa jeho odběru. Dodatečné provedení zkoušky na již odebraném vývrtu není spolehlivé. Pevnost betonu destruktivně stanovená musí být stanovena jako pevnost v tlaku zkušebního tělesa základních rozměrů. Odebrané vzorky musí splňovat i požadavek na poměr velikosti zrna kameniva a rozměru zkušebního tělesa. Výsledky destruktivně stanovené pevnosti na zkušebních tělesech jiných než základních rozměrů musí být přepočteny na pevnost betonu těles základních rozměrů. Jen tak je možné stanovit zaručenou pevnost betonu pro stanovení pevnostní třídy podle ČSN anebo ČSN EN

26 PALÁC LUCERNA - STATICKÉ PRŮZKUMNÉ PRÁCE LUCERNA PALACE - STATIC AND SURVEYING WORKS Ing. Tomáš Míčka PONTEX s.r.o., Bezová 1658, Praha 4, , , tmi@pontex.cz Anotace: Komplexní posouzení stávajícího stavu nosné konstrukce Paláce Lucerna jako podklad pro rozhodnutí o způsobu opravy. Abstract: Comprehensive assessment of the existing state of the bearing structure of the Lucerna Palace, as basis for the decision on the mode of repair. Na základě výzvy paní D. Havlové, CSc. jsme v roce 2002 provedli diagnostický průzkum v paláci Lucerna. Tento průzkum navazoval na četné předcházející průzkumy a měl být jednoznačným podkladem pro rozhodnutí o způsobu opravy, resp. zesílení staticky nevyhovujících částí Paláce Lucerna. Zároveň byl podkladem pro statické posouzení konstrukce, které zajišťovala firma Rekonstrukce památkových objektů atelier statiky, s.r.o. Obr. 1: Pohled na střešní část paláce Obr. 2: Pohled do Velkého sálu PALÁC LUCERNA SESTÁVÁ ZE TŘÍ KOMPLEXŮ ROZDĚLENÝCH DLE JEDNOTLIVÝCH ETAP VÝSTAVBY. Dům ve Vodičkově ulici: Dům má tři podzemní podlaží, 6 nadzemních a dvě podkroví. Byl postaven v letech Svislým nosným prvkem jsou zděné cihelné pilíře, které zároveň slouží jako komínové průduchy. Pro vodorovné nosné konstrukce byl užit systém Feifer duté cihelné tvárnice kladené do řad širokých asi 30 cm, mezi nimiž do mezer cm širokých byla položena nosná i konstrukční výztuž a které byly následně zabetonovány. Tím vznikl železobetonový trámový rošt s rovným podhledem. 26

27 Objekt Kina: Objekt kina byl postaven v letech , do dnešní podoby pak byl upraven v roce 1913 při stavbě domu v ulici Štěpánské. Svislým nosným prvkem jsou opět zděné cihelné pilíře. Divadelní sál ve 2. a 1. suterénu, prostory na úrovni přízemí a vestibul kina mají železobetonové stropy nesené průvlaky. Dům ve Štěpánské ulici: Dům včetně Velkého sálu byl postaven jako poslední v letech Konstrukce je betonová, monolitická. Tvoří ji patrové rámy sestavené ze sloupů z betonu prostého i železového a ze železobetonových stropů. Jednou z velkých technických zajímavostí je odlehčení stropu Velkého sálu zavěšením vyšších pater pomocí železobetonových táhel do masivních průvlaků rámů. Rozsah průzkumu byl jednoznačně omezen zadáním. I když to u soukromých investorů nemajících s prováděním stavebních průzkumů nebývá zvykem, byl rozsah průzkumu poměrně striktně definován zadávacími podmínkami. Jeho cílem mělo být ověření materiálových a tvarových charakteristik staticky rozhodujících nosných konstrukcí. Oproti původnímu záměru bylo poměrně jednoznačně vysvětleno, že cílem průzkumu není zjišťování statických či jiných poruch a analýza jejich příčin. Dále nebylo požadováno zjišťování fyzikálně chemických vlastností betonu, či provádění jiných zkoušek analyzujících skutečný stav betonu, zdiva či výztuže. Důvodem byl jako obvykle nedostatek finančních zdrojů. V rámci průzkumu byly tedy zajišťovány následující práce: - zjištění kvality betonu v rozhodujících průřezech objektu Kina a Štěpánská - zjištění kvality zdiva v rozhodujících průřezech objektu Vodičkova - ověření způsobu provedení, resp. vyztužení jednotlivých konstrukčních prvků (opět v rozhodujících průřezech) - ověření tvaru nosných konstrukcí v nepřístupných místech (např. stropní desky 7.N.P. objektu Štěpánská, sloupů objektu Kina, apod.) včetně vypracování výkresů tvaru a výztuže - fotodokumentace průběhu průzkumných prací Kromě finančního limitu byla dalším neméně výrazným omezujícím prvkem průzkumu skutečnost, že se jedná o památkově chráněný objekt, kde jsou i ve staticky rozhodujících průřezech použity ozdobné štuky, obklady, apod.. Doplňujícím problémem pak bylo zpřístupnění jednotlivých konstrukcí, přítomnost neuvěřitelného množství inženýrských sítí i tam, kde si nelze jejich přítomnost ani představit (komínové průduchy v nosných sloupech, rozvody vody a kanalizace v průvlacích, množství sítí v podlahách, ), ztracené podhledy pod nosnými horizontálními konstrukcemi, provádění průzkumu za plného provozu Paláce, atd.. Vlastní průzkum byl prováděn podle klasických metodik, ve smyslu stávajících ČSN, resp. příslušných technologických podmínek. Ověření kvality zdiva bylo zajištěno tvrdoměrnými zkouškami Schmidtovým tvrdoměrem s upřesněním laboratorními zkouškami na odebraných vývrtech. 27

28 Zjištění kvality cihelného zdiva bylo řešeno ve smyslu ČSN a ČSN U odebraných jádrových vývrtů byla provedena destruktivní laboratorní zkouška, zkouška tvrdosti malty byla zajištěna vrtnou metodou s použitím příklepové vrtačky dle metodického dokumentu TZÚS Praha. Ověření polohy výztuže bylo provedeno nejprve nedestruktivně pomocí magnetického indikátoru výztuže Hilti Ferroscan FS10. V místech určené polohy výztuže bylo provedeno lokálním destruktivním zásahem ověření profilu uložené výztuže a kalibrace přístroje pro další měření. V druhé fázi byla ověřena skutečná kvalita použité výztuže laboratorní trhací zkouškou na odebraných vzorcích. Ověřování tvaru konstrukcí bylo zajišťováno obkročnými měřidly, laserovým dálkoměrem, geodetickými metodami, resp. běžnými měřidly. Výsledkem byly pak výkresy tvaru a výztuže v problematických oblastech. Obr. 3: Detail degradace trámového roštu Obr. 4: Zavěšení ztraceného podhledu Na základě provedeného diagnostického průzkumu a analýzy výsledků lze provést následující shrnutí: I v oblastech, ke kterým byla doložena původní projektová dokumentace, jsme zjistili množství tvarových odlišností (místo obdélníkového průřezu průvlaku byl použit průřez tvaru π se ztraceným bedněním zajišťujícím rovný podhled, atd.). Byly zjištěny zásadní záměny použitého materiálu (u svislých konstrukcí místo železobetonových sloupů byly použity sloupy z cihelného zdiva, místo železobetonu prostý beton, atd.). U železobetonových prvků jsme zjistili značně chaotické uložení nosné výztuže, které vylučuje předpoklad stejného vyztužení i u prvků konstrukčně a tvarově shodných. Kvalita výztuže ukazuje na normové hodnoty ve smyslu návrhového Předpisu o zřizování nosných konstrukcí ze ztuženého nebo prostého betonu při stavbách pozemních z roku Značnou jistotu jsme získali při zjišťování kvality použitého cihelného zdiva, kdy rozdíl ve výsledcích nepřesahuje 10%. Kvalita betonu u konstrukcí zhotovených z prostého betonu se pohybuje mezi třídami B5-B10 dle ČSN , u konstrukcí z betonu železového pak okolo třídy B20. Závěrem je nutno podotknout, že za účasti všech dotčených stran se podařilo v daném termínu průzkum dokončit a předat zadavateli potřebné údaje pro rozhodnutí o dalším způsobu oprav či správy předmětného objektu. 28